Acasă Trandafiri Ceea ce este pecetluit în rna înstelată a lumii. Lumea lui rna, sau ce este viața. Etichete genomice și ARNt

Trandafiri

Ceea ce este pecetluit în rna înstelată a lumii. Lumea lui rna, sau ce este viața. Etichete genomice și ARNt

Viața a început cu ARN

Cercetarea acidului nucleic este unul dintre cele mai fierbinți puncte din biologie. Datorită proprietăților unice ale ARN-urilor, acestea sunt din ce în ce mai utilizate în medicină și tehnologie. Dar până acum doar un cerc restrâns de specialiști știe despre acest lucru.

Acidul ribonucleic sau ARN-ul nu are noroc. Nu este la fel de cunoscut ca ADN-ul său apropiat, în ciuda similitudinii sale chimice puternice. Cu toate acestea, descoperirile din ultimii douăzeci de ani ne-au schimbat radical opiniile cu privire la rolul și funcțiile acestor molecule, după cum s-a dovedit, foarte „abil”. Fructul acestor descoperiri a fost o idee fundamental nouă că viața modernă a fost precedată de o „lume a ARN-ului” antică complet autosuficientă.

După cum se întâmplă de obicei, noile cunoștințe, extinzând orizontul, au dat naștere la o mulțime de întrebări noi. Care au fost mecanismele „evoluției” în lumea ARN? De ce, de unde și cum au venit ADN-ul și proteinele? Cum a avut loc tranziția de la „lumea ARN” la lumea modernă? Academicianul Valentin Viktorovich Vlasov și fiul său, candidat la științe chimice, Alexander Vlasov, povestesc cititorilor despre căutările care se desfășoară în această direcție.

De ce există un articol despre ARN în seria articolelor dedicate problemei originii vieții, și nu despre alte molecule organice, mai cunoscute - ADN sau proteine? Poate că cititorii noștri au auzit și despre ARN, dar ce este? Nu suntem siguri că nimic remarcabil - dintr-un motiv simplu: până acum doar biologii știu că ARN-ul este moleculele „magice” care au dat naștere vieții. Că odată în antichitate, pe Pământul nou răcit, misterioasa „lume a ARN-ului” a apărut și a existat...

Înainte de a merge la „începutul începuturilor”, să ne aprovizionăm cu cunoștințele necesare despre structura acizilor nucleici - ADN(dezoxiribonucleic) și ARN (ribonucleic). În ceea ce privește compoziția sa chimică, ARN-ul este un geamăn, deși nu un geamăn complet, al ADN-ului, principalul custode al informațiilor genetice dintr-o celulă vie. Acizii nucleici sunt macromolecule polimerice formate din unități individuale - nucleotide... Scheletul unei macromolecule este o moleculă de zahăr cu cinci atomi de carbon conectată prin reziduuri de acid fosforic. La fiecare moleculă de zahăr este atașată o bază azotată. Nucleotidele care diferă între ele doar în diferite baze azotate sunt desemnate prin literele A, U, G, C (în ARN) și A, T, G, C (în ADN).

Sincer, nimeni nu s-a gândit la ARN mulți ani. A existat o dogmă că există o celulă, există cromozomi în care există ADN - custodele informațiilor genetice.
În cele din urmă, proteinele sunt sintetizate pe ribozomi. Și ARN - este undeva la mijloc, un purtător de informații din ADN - și nimic mai mult. Și apoi au fost descoperiri care te-au făcut să privești ARN-ul într-un mod complet diferit. Principala diferență dintre acizii nucleici constă în componenta lor de carbohidrați. În ARN, zahărul este riboză, iar în ADN, deoxiriboză: unde ADN-ul are un atom de hidrogen (H), ARN-ul are o grupă oxi (OH). Rezultatele unor astfel de diferențe nesemnificative, la privirea nesofisticată, sunt izbitoare. Deci, ADN-ul există în principal sub formă de elice rigide bine-cunoscute, în care două catene de ADN sunt ținute împreună datorită formării legăturilor de hidrogen între nucleotidele complementare.

ARN-ul poate forma, de asemenea, elice cu două catene, similare cu cele ale ADN-ului, dar în cele mai multe cazuri ARN-urile există în structuri complexe de bobine. Aceste structuri se formează nu numai datorită formării legăturilor de hidrogen menționate între diferite regiuni ale ARN, ci și datorită grupului oxi al ribozei, care poate forma legături de hidrogen suplimentare și poate interacționa cu acidul fosforic și ionii metalici. Structurile globulare de ARN nu numai că seamănă în exterior cu structurile proteinelor, dar le abordează și în proprietăți: pot interacționa cu o varietate de molecule, atât mici, cât și polimerice.

Cine este considerat „în viață”?

Atunci de ce numim ARN-ul premamă a vieții existente? Pentru a răspunde la această întrebare, să ne dăm seama unde se află granița dintre cei vii și cei neînsuflețiți.

Întrucât oameni de știință din diferite domenii lucrează la problema originii vieții, fiecare operează în termenii unei științe apropiate lui. Chimiștii își vor aminti cu siguranță cuvântul „catalizator”, matematicienii – „informații”. Biologii vor lua în considerare în viaţă un sistem care conține o substanță (program genetic) care poate fi copiată (sau, mai simplu, multiplicată). În același timp, este necesar ca în cursul unei astfel de copieri să apară unele modificări ale informațiilor ereditare și să apară noi variante de sisteme, adică să existe posibilitatea evoluţie... De asemenea, biologii vor observa cu siguranță că astfel de sisteme trebuie izolate spațial. În caz contrar, sistemele emergente mai progresive nu vor putea profita de avantajele lor, deoarece catalizatorii lor mai eficienți și alte produse vor „pluti” liber în mediu.

Cum au fost, atunci, primele sisteme moleculare izolate de mediu? Coloniile de molecule ar putea fi, de exemplu, ținute împreună prin adsorbție pe o suprafață minerală sau particule de praf. Cu toate acestea, este posibil ca și cele mai primitive sisteme să aibă, ca și celulele vii moderne, o adevărată înveliș membranar. Faptul este că o astfel de „protocelulă” cu o membrană lipidică se poate forma foarte simplu. Multe molecule cu grupe încărcate (de exemplu, acizi grași) formează bule microscopice într-un mediu apos - lipozomii... Acest cuvânt ar trebui să fie bine cunoscut de jumătatea dintre cititorii noștri: lipozomii sunt utilizați pe scară largă în cremele cosmetice - capsulele minuscule de grăsime sunt umplute cu vitamine și alte substanțe biologic active. Dar cu ce erau umplute vechile „protocelule”? S-a dovedit că este ARN-ul care pretinde a fi „umplerea”.

ARN face totul?

Viața, fără îndoială, trebuia să înceapă cu formarea de molecule „isbețe” care să se poată reproduce și să îndeplinească toate celelalte „treburi” necesare existenței celulei. Cu toate acestea, nici ADN-ul și nici proteina nu sunt potrivite pentru rolul unor astfel de meșteri. ADN-ul este un excelent păstrător al informațiilor genetice, dar nu se poate reproduce singur. Proteinele sunt catalizatori excelenți, dar nu pot funcționa ca „programe genetice”. Apare paradoxul găinii și ouălor: ADN-ul nu se poate forma fără proteine, iar proteinele fără ADN. Și numai ARN-ul, după cum sa dovedit, poate face TOTUL. Dar să nu trecem înaintea noastră.

Luați în considerare funcțiile cunoscute de mult timp ale ARN asociate cu munca ( expresie) genă în celulă. Când o genă este pornită, mai întâi are loc dezactivarea locală a ADN-ului și este sintetizată o copie ARN a programului genetic. Ca rezultat al procesării complexe a acestuia cu proteine speciale, ARN mesager ( ARNm), care este programul pentru sinteza proteinelor. Acest ARN este transferat din nucleu în citoplasma celulei, unde se leagă de structuri celulare speciale - ribozomi, adevărate „mașini” moleculare pentru sinteza proteinelor. Proteina este sintetizată din aminoacizi activați atașați la ARN-uri de transport speciale (ARNt), fiecare aminoacid atașat la ARN-ul său specific. Datorită ARNt, aminoacidul este fixat în centrul catalitic al ribozomului, unde este „atașat” de lanțul proteic sintetizat. Din secvența considerată a evenimentelor, se poate observa că moleculele de ARN joacă un rol cheie în decodificarea informațiilor genetice și biosinteza proteinelor.

Cu cât s-au adâncit mai mult în studiul diferitelor procese de biosinteză, cu atât mai des au descoperit funcții necunoscute anterior ale ARN-ului. S-a dovedit că în afară de proces transcrieri(sinteza ARN prin copierea unei bucăți de ADN) în unele cazuri, dimpotrivă, sinteza ADN-ului poate avea loc pe șabloanele de ARN. Acest proces, numit transcriere inversă folosesc în cursul dezvoltării lor mulți viruși, inclusiv notorii viruși oncologici și HIV-1, care provoacă SIDA.

Astfel, s-a dovedit că fluxul de informații genetice nu este, așa cum se credea inițial, unidirecțional - de la ADN la ARN. Rolul ADN-ului ca purtător principal original al informațiilor genetice a început să fie pus sub semnul întrebării. Mai mult, multe virusuri (gripa, encefalita transmisă de căpușe și altele) nu folosesc deloc ADN-ul ca material genetic, genomul lor este construit exclusiv din ARN. Și apoi, una după alta, s-au revărsat descoperiri, care ne-au făcut să privim ARN-ul într-un mod complet diferit.

Toate „Moleculele” Maestru

Cel mai surprinzător a fost descoperirea capacității catalitice a ARN-ului. Anterior, se credea că numai proteinele și enzimele pot cataliza reacțiile. Oamenii de știință, de exemplu, nu au putut izola enzimele care taie și coase niște ARN. După cercetări îndelungate, s-a dovedit că ARN-urile fac o treabă excelentă făcând asta pe cont propriu. Structurile ARN care acționează ca enzimele se numesc ribozime(prin analogie cu enzime, catalizatori proteici). Curând au fost descoperite o mare varietate de ribozime. Sunt folosiți în special pentru a-și manipula virusurile ARN și alți agenți infecțioși simpli. Astfel, ARN-urile s-au dovedit a fi un joc de orice fel: pot acționa ca purtători de informații ereditare, pot servi ca catalizatori, vehicule pentru aminoacizi și pot forma complexe foarte specifice cu proteinele.

Încrederea finală că „lumea ARN-ului” a existat cu adevărat a venit după identificarea detaliilor structurii cristalelor de ribozom prin metoda analizei structurale cu raze X. Oamenii de știință sperau să găsească acolo o proteină care catalizează reticularea aminoacizilor într-o secvență de proteine. Imaginați-vă surpriza lor când s-a dovedit că în centrul catalitic al ribozomilor nu există deloc structuri proteice, că este complet construit din ARN! S-a dovedit că toate etapele cheie ale biosintezei proteinelor sunt efectuate de molecule de ARN. S-a stabilit punctul în discuție despre posibilitatea existenței „lumii ARN” ca etapă specială a evoluției biologice.

Desigur, imaginea completă nu a fost încă reconstruită - rămân multe probleme nerezolvate. De exemplu, într-o celulă modernă, activarea aminoacizilor și atașarea lor la ARNt-urile corespunzătoare sunt efectuate de proteine enzimei specifice. Apar întrebări: această reacție ar putea fi efectuată fără participarea proteinelor, doar cu ajutorul ARN-ului? Ar putea ARN-urile înșiși să catalizeze sinteza ARN din nucleotide sau adăugarea de baze azotate la zahăr? În general, după descoperirea ribozimelor, astfel de abilități potențiale ale ARN nu au mai fost puse la îndoială. Dar știința cere ca ipotezele să fie confirmate experimental.

Evoluția darwiniană în eprubetă

O metodă bună poate revoluționa adesea știința. Este exact ceea ce se poate spune despre metodă reacția în lanț a polimerazei (PCR), care vă permite să înmulțiți acizii nucleici în cantități nelimitate. Să descriem pe scurt esența metodei. Pentru multiplicarea ADN-ului prin metoda PCR se folosesc enzime ADN polimeraza, adică aceleași enzime care, în timpul înmulțirii celulelor, sintetizează catene complementare de ADN din monomeri-nucleotide activate.

În metoda PCR, un amestec de nucleotide activate, enzima ADN polimerază și așa-numita grunduri- oligonucleotide complementare capetelor ADN-ului replicat. Când soluția este încălzită, firele de ADN diverg. Apoi, la răcire, primerii se leagă de ele, formând fragmente scurte de structuri elicoidale. Enzima atașează nucleotidele la primeri și asamblează o catenă complementară catenei originale de ADN. Ca rezultat al reacției de la un ADN dublu catenar, se obțin două. Dacă repeți procesul, obții patru lanțuri, iar după n repetări - 2 n molecule de ADN. Totul este foarte simplu.

Invenția PCR și dezvoltarea metodelor de sinteza chimică a ADN-ului au permis crearea unei tehnologii uimitoare de selecție moleculară. Principiul selecției moleculare este, de asemenea, simplu: în primul rând, multe molecule sunt sintetizate cu proprietăți diferite (așa-numitele bibliotecă moleculară), iar apoi moleculele cu proprietatea dorită sunt selectate din acest amestec.

Bibliotecile de acizi nucleici sunt amestecuri de molecule care au aceeași lungime, dar diferă în secvența de nucleotide. Ele pot fi obținute dacă, în timpul sintezei chimice pe un sintetizator automat, toate cele patru nucleotide sunt adăugate simultan la fiecare etapă de prelungire a secvenței de nucleotide. Fiecare dintre ele va fi încorporat în acidul nucleic în creștere cu probabilitate egală, în urma căruia, la fiecare etapă de atașare, se vor obține 4 variante de secvențe. Dacă un acid nucleic cu o lungime de n legături este sintetizat în acest fel, atunci varietatea moleculelor obținute va fi 4 la puterea lui n. Atâta timp cât se folosesc de obicei 30-60 de monomeri, din sinteza rezultă 4 30 până la 4 60 de molecule diferite! Cifre care sunt familiare, cu excepția astronomilor.

Deoarece, în funcție de compoziție, acizii nucleici se pliază în diferite structuri spațiale, sinteza secvențelor statistice oferă o mare varietate de molecule care diferă în proprietăți. Din ADN-ul format - cu ajutorul enzimei ARN polimerază - se citește ARN. Rezultatul este o bibliotecă de ARN deja monocatenar. În continuare, se efectuează procedura de selecție: soluția de ARN este trecută printr-o coloană care conține un purtător insolubil cu molecule țintă atașate chimic pentru a „prinde” așa-numitul viitor. aptamer, adică ARN capabil să lege anumite molecule. Apoi coloana este spălată pentru a îndepărta ARN-ul nelegat, iar apoi ARN-ul reținut pe coloană datorită legării la moleculele țintă este spălat (acest lucru se poate face, de exemplu, prin încălzirea coloanei).

Copiile ADN sunt făcute din ARN-ul izolat folosind transcripție inversă și din ele se obțin molecule de ADN dublu catenar obișnuite. Din acestea din urmă, puteți citi aptamerii ARN doriti și apoi îi puteți multiplica prin PCR în cantități nelimitate. Desigur, acesta este cazul ideal; în practică, totul se dovedește a fi mai complicat. De obicei, preparatul original de ARN conține un exces uriaș de molecule „străine”, de care este greu de scăpat. Prin urmare, ARN-ul rezultat este trecut prin coloană din nou și din nou pentru a izola ARN-ul care formează cele mai puternice complexe cu moleculele țintă.

Prin această metodă s-au obținut mii de aptameri ARN diferiți, care formează complexe specifice cu diverși compuși și molecule organice.

Schema considerată a selecției moleculare poate fi aplicată pentru a obține molecule cu orice proprietăți. De exemplu, s-au obținut ARN-uri care pot cataliza sinteza ARN-ului și proteinelor: adăugarea de baze azotate la riboză, polimerizarea nucleotidelor activate pe lanțurile de ARN, adăugarea de aminoacizi la ARN. Aceste studii au confirmat încă o dată că, în condiții de evoluție prebiologică, moleculele de ARN ar putea apărea din polimeri aleatori.
cu structuri şi funcţii specifice.

Plasează comanda!

Metoda de selecție moleculară este foarte puternică. Cu ajutorul acestuia, este posibil să se rezolve problemele de găsire a moleculelor dorite, chiar dacă inițial nu există nicio idee cum ar trebui aranjate astfel de molecule. Cu toate acestea, dacă veniți cu o procedură de selecție, acestea pot fi distinse în funcție de principiul proprietăților necesare, iar apoi ne putem ocupa de întrebarea cum sunt atinse aceste proprietăți. Să demonstrăm acest lucru prin exemplul izolării ARN-urilor capabile să se lege de membranele celulare și să le moduleze permeabilitatea.

Ribocitele antice trebuiau să absoarbă „nutrienții” din mediu, să îndepărteze produsele metabolice și să se dividă în timpul reproducerii.
Și toate aceste procese necesită controlul permeabilității membranei. Deoarece credem că nu existau alte molecule funcționale în afară de ARN în ribocite, unii ARN trebuie să fi interacționat cu membranele. Cu toate acestea, din punct de vedere chimic, ele sunt complet improprii pentru rolul de regulatori ai permeabilității membranei.

Membranele celulelor moderne și ale lipozomilor, construite din acizi grași, poartă o sarcină negativă. Deoarece ARN-urile sunt de asemenea încărcate negativ, conform legii lui Coulomb, ei trebuie să se respingă de la suprafața lipidică și, în plus, nu pot pătrunde adânc în stratul lipidic. Singura modalitate cunoscută prin care acizii nucleici interacționează cu suprafața membranei este prin ionii metalici dublu încărcați. Acești ioni încărcați pozitiv pot acționa ca punți între grupările încărcate negativ de pe suprafața membranei și grupările fosfat ale acidului nucleic. Deoarece astfel de interacțiuni de legătură sunt destul de slabe, doar un acid nucleic foarte mare se poate lega de membrană datorită numeroaselor legături slabe cu suprafața membranei. Atât de mici dușmani l-au legat pe Gulliver de pământ cu multe frânghii subțiri.

Aici metoda de selecție moleculară a ajutat cercetătorii. Din biblioteca de ARN, am reușit să izolăm mai multe molecule care se leagă cu mare succes de membrane și chiar le-am rupt la o concentrație suficient de mare! Acești ARN aveau proprietăți neobișnuite. Păreau să se ajute reciproc: un amestec de molecule de diferite tipuri se leagă de membrane mult mai bine decât moleculele de același tip. Totul a devenit clar după studierea structurilor secundare ale acestor ARN. S-a dovedit că au bucle cu secțiuni complementare. Datorită acestor regiuni, ARN-ul „membrană” poate forma complexe-comunități care sunt capabile să formeze contacte multiple cu membrana și să facă ceea ce o moleculă de ARN nu poate face.

Acest experiment de selecție a sugerat că ARN-ul are o modalitate suplimentară de a dobândi noi proprietăți prin formarea de complexe supramoleculare complexe. Acest mecanism ar putea fi folosit și pentru a menține sistemele de ARN în evoluție sub formă de colonii pe suprafețe chiar înainte ca aceste sisteme să obțină o membrană izolatoare.

„Lumea ARN”: A fost, este și va fi!

O mulțime de dovezi sugerează că „lumea ARN” a existat. Adevărat, nu este complet clar unde. Unii experți consideră că etapele inițiale ale evoluției nu au avut loc pe Pământ, că au fost aduse pe Pământ sisteme deja active funcțional, care s-au adaptat condițiilor locale. Cu toate acestea, cu substanța chimică
iar din punct de vedere biologic, acest lucru nu schimbă esența materiei. În orice caz, rămâne un mister - ca urmare a ce procese din mediu s-au format ribocitele și din cauza ce componente au existat. La urma urmei, nucleotidele necesare vieții ribocitelor sunt molecule complexe. Este greu de imaginat că aceste substanțe s-ar putea forma în condiții de sinteză prebiotică.

Este posibil ca ARN-urile antice să fie semnificativ diferite de cele moderne. Din păcate, urmele acestor ARN antici nu pot fi detectate experimental, vorbim de vremuri îndepărtate de noi de miliarde de ani. Chiar și stâncile acelor vremuri „s-au prăbușit în nisip” cu mult timp în urmă. Prin urmare, putem vorbi doar despre modelarea experimentală a proceselor care ar putea avea loc în stadiile incipiente ale evoluției moleculare.

De ce a avut loc trecerea de la „lumea ARN” la lumea modernă? Proteinele, care au o gamă mult mai largă de grupe chimice decât ARN-ul, sunt cei mai buni catalizatori și blocuri de construcție. Aparent, unii ARN antici au început să folosească molecule de proteine ca „instrumente de muncă”. Astfel de ARN, care sunt, de asemenea, capabili să sintetizeze molecule utile din mediu pentru propriile lor scopuri, au primit avantaje în reproducere. Aptamerii și ribozimele corespunzători au fost selectați în mod natural.
Și atunci evoluția și-a făcut treaba: a apărut aparatul de traducere și treptat responsabilitatea catalizei a trecut la proteine. Uneltele s-au dovedit a fi atât de convenabile încât și-au alungat „stăpânii” din multe sfere de activitate.

Cititorul are dreptul să se întrebe: de ce este necesar să se investigheze deloc evoluția ARN-ului, din moment ce străvechea „lume a ARN-ului” a dispărut? Este într-adevăr doar de dragul „artei pure”, pentru a satisface interesele cercetătorilor fanatici? Totuși, fără a cunoaște trecutul, nu se poate înțelege prezentul. Studiul evoluției și capacităților ARN-ului poate sugera noi direcții în căutarea proceselor care au loc în celulele vii moderne. De exemplu, foarte recent, au fost descoperite sisteme puternice pentru reglarea activității genelor cu participarea ARN-urilor dublu catenar, cu ajutorul cărora celula se protejează de infecțiile virale. Acest sistem antic de apărare celulară va găsi probabil aplicații terapeutice utile în curând.

Prin urmare, nu este surprinzător că în vremea noastră cercetarea acizilor nucleici continuă să fie unul dintre cele mai fierbinți puncte din biologia moleculară. Datorită proprietăților unice ale ARN-urilor, acestea sunt din ce în ce mai utilizate în medicină și tehnologie. „Lumea ARN” care a apărut în timpuri imemoriale nu numai că va continua să existe în mod invizibil
în celulele noastre, dar și renaște sub forma noilor biotehnologii.

Editorii ar dori să mulțumească personalului Institutului de Biologie Chimică și Medicină Fundamentală
SB RAS dr. n. V.V. Kovalya, Ph.D. n. S. D. Myzin și Ph.D. n. A. A. Bondar pentru ajutor în pregătirea articolului

Nu există o definiție general acceptată a vieții. Cunoaștem o singură viață - pământească și nu știm care dintre proprietățile ei sunt obligatorii pentru orice viață în general. Două astfel de proprietăți pot fi presupuse. Aceasta este, în primul rând, prezența informațiilor ereditare și, în al doilea rând, implementarea activă a funcțiilor care vizează autoîntreținerea și reproducerea, precum și obținerea energiei necesare pentru a efectua toată această muncă.

Toată viața de pe Pământ face față acestor sarcini folosind trei clase de compuși organici complecși: ADN, ARN și proteine. ADN-ul și-a asumat prima sarcină - stocarea informațiilor ereditare. Proteinele sunt responsabile pentru al doilea: ele efectuează tot felul de „muncă” activă. Diviziunea lor a muncii este foarte strictă.

Moleculele din clasa a treia de substanțe - ARN - servesc ca intermediari între ADN și proteine, asigurând citirea informațiilor ereditare. Cu ajutorul ARN-ului, proteinele sunt sintetizate în conformitate cu „instrucțiunile” înregistrate în molecula de ADN. Unele dintre funcțiile îndeplinite de ARN sunt foarte asemănătoare cu cele ale proteinelor (lucrează activ la citirea codului genetic și sintetizează proteine), altele seamănă cu cele ale ADN-ului (stochează și transmite informații). Și ARN face toate acestea nu singur, ci cu asistența activă a proteinelor. La prima vedere, ARN-ul pare o „al treilea de prisos”. În principiu, este ușor să ne imaginăm un organism în care nu există deloc ARN și toate funcțiile sale sunt împărțite între ADN și proteine. Adevărat, astfel de organisme nu există în natură.

Care dintre cele trei molecule a apărut prima? Unii oameni de știință au spus: desigur, proteinele, pentru că fac toată munca într-o celulă vie, viața este imposibilă fără ele. Au obiectat: proteinele nu pot stoca informații ereditare, iar fără aceasta viața este și mai imposibilă! Deci DNA a fost primul!

Situația părea insolubilă: ADN-ul este inutil fără proteine, proteine - fără ADN. S-a dovedit că trebuiau să apară împreună, în același timp, și e greu de imaginat. ARN-ul „extra” a fost aproape uitat în aceste dispute.

Mai târziu, însă, s-a dovedit că mulți viruși stochează informații ereditare sub formă de molecule de ARN, nu ADN. Dar aceasta a fost considerată o curiozitate, o excepție. Revoluția a avut loc în anii 80 ai secolului XX, când au fost descoperite ribozime - molecule de ARN cu proprietăți catalitice. Ribozimele sunt ARN-uri care efectuează o activitate activă, ceea ce se presupune că ar trebui să facă proteinele.

Ca urmare, ARN-ul de la „aproape de prisos” a devenit „aproape principal”. S-a dovedit că ea, și numai ea, poate îndeplini ambele sarcini principale de viață simultan - stocarea informațiilor și munca activă. A devenit clar că este posibil un organism viu cu drepturi depline, fără proteine și nici ADN, în care toate funcțiile sunt îndeplinite doar de molecule de ARN. Desigur, ADN-ul este mai bun la stocarea informațiilor, iar proteinele sunt mai bune la „muncă”, dar acestea sunt detalii. Organismele ARN ar putea dobândi proteine și ADN mai târziu și, inițial, se pot descurca fără ele.

Așa a apărut teoria lumii ARN, conform căreia primele viețuitoare au fost organisme ARN fără proteine și ADN. Iar primul prototip al viitorului organism ARN ar putea fi un ciclu autocatalitic format din molecule de ARN autoreplicabile - ribozime, capabile să catalizeze sinteza propriilor copii.

Personal, consider că teoria lumii ARN este una dintre cele mai remarcabile realizări ale gândirii teoretice în biologie. Să spun adevărul, s-ar fi putut gândi la asta înainte. La urma urmei, două tipuri de ribozime sunt cunoscute încă din anii 60 ai secolului XX, deși atunci nu erau numite ribozime. Acestea sunt ARN-ul ribozomal (ARNr), din care se formează „mașini” moleculare pentru translație (sinteza proteinelor) - ribozomi și ARN-ul de transport (ARNt), care aduc aminoacizii necesari la ribozomi în timpul translației.

Teoria lumii ARN, la început pur speculativă, este rapid „coborâtă” cu date experimentale. Chimiștii au învățat cum să obțină ribozime cu aproape orice caracteristică dorită. Așa se face. De exemplu, dorim să creăm o moleculă de ARN care să poată recunoaște cu precizie și să se lege de substanța X. Pentru a face acest lucru, un număr mare de catene diferite de ARN sunt sintetizate prin conectarea ribonucleotidelor între ele într-o ordine aleatorie. Soluția care conține amestecul rezultat de molecule de ARN este turnată pe suprafața acoperită cu substanța X. După aceea, nu rămâne decât să selectăm și să examinăm acele molecule de ARN care au aderat la suprafață. Tehnologia este simplă, dar chiar funcționează. Aproximativ în acest fel s-au obținut ribozime care catalizează sinteza nucleotidelor, atașează aminoacizii de ARN și îndeplinesc multe alte funcții biochimice.

Lumea ARN-ului este o etapă ipotetică în apariția vieții pe Pământ, când atât funcția de stocare a informațiilor genetice, cât și catalizarea reacțiilor chimice erau îndeplinite de ansambluri de molecule de acid ribonucleic. Ulterior, din asocierile lor, a luat naștere viața modernă ADN-ARN-proteină, separată printr-o membrană de mediul extern. Ideea lumii ARN a fost exprimată pentru prima dată de Karl Woese în 1968, dezvoltată ulterior de Leslie Orgel și formulată în cele din urmă de Walter Gilbert în 1986.

rezumat

În organismele vii, aproape toate procesele apar în principal datorită enzimelor de natură proteică. Proteinele, însă, nu se pot autoreplica și sunt sintetizate în celulă de novo pe baza informațiilor stocate în ADN. Dar duplicarea ADN-ului are loc și numai datorită participării proteinelor și ARN-ului. Se formează un cerc vicios, datorită căruia, în cadrul teoriei generării spontane a vieții, a fost necesar să se recunoască rolul extrem de important al sintezei abiogene a ambelor clase de molecule, ci și apariția spontană a unei sistem complex de interconectare a acestora.

La începutul anilor 1980, capacitatea catalitică a ARN a fost descoperită în laboratorul lui T. Check și S. Altman din SUA. Prin analogie cu enzimele, catalizatorii ARN au fost numiți ribozime; pentru descoperirea lor, Thomas Chek a primit Premiul Nobel pentru Chimie în 1989. Mai mult, s-a dovedit că centrul activ al ribozomilor conține o cantitate mare de ARNr. De asemenea, ARN-urile sunt capabile să creeze o catenă dublă și să se auto-replica.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, ARN-ul ar putea exista complet autonom, catalizând reacții „metabolice”, de exemplu, sinteza de noi ribonucleotide și autoreproducerea, păstrând proprietățile catalitice de la „generație” la „generare”. Acumularea de mutații aleatoare a dus la apariția ARN-urilor care catalizează sinteza anumitor proteine, care sunt catalizatori mai eficienți și, prin urmare, aceste mutații au fost fixate în cursul selecției naturale. Pe de altă parte, au apărut depozite specializate de informații genetice - ADN-ul. ARN-ul este păstrat între ele ca intermediar.

Rolul ARN-ului în lumea modernă

Urme ale lumii ARN-ului au rămas în celulele vii moderne, iar ARN-ul este implicat în procesele critice ale vieții celulare:

1) Principalul purtător de energie în celule - ATP - este o ribonucleotidă, nu o dezoxiribonucleotidă.

2) Biosinteza proteinelor se realizează aproape în întregime folosind diferite tipuri de ARN:

· ARN-urile mesager sunt o matrice pentru sinteza proteinelor în ribozomi;

· ARN-urile de transport furnizează aminoacizi la ribozomi și implementează codul genetic;

· ARN-ul ribozomal constituie centrul activ al ribozomilor, catalizând formarea legăturilor peptidice între aminoacizi.

3) ARN-ul este, de asemenea, critic pentru replicarea ADN-ului:

· Pentru a începe procesul de duplicare a ADN-ului, este necesară un ARN-„sămânță” (primer);

· Pentru o dublare nesfârșită a ADN-ului, nelimitată de limita Hayflick, în celulele eucariote, secțiunile terminale ale cromozomilor (telomerilor) sunt restaurate în mod constant de enzima telomeraza, care include o matriță de ARN.

4) În procesul transcripției inverse, informațiile din ARN sunt rescrise în ADN.

5) În procesul de maturare a ARN-ului se folosesc diverse ARN-uri care nu codifică proteine, inclusiv ARN-uri nucleare mici, ARN-uri nucleolare mici.

În același timp, mulți virusuri își stochează materialul genetic sub formă de ARN și furnizează ARN polimerază dependentă de ARN celulei infectate pentru replicarea acesteia.

Sinteza abiogenă de ARN

Sinteza abiogenă a ARN din compuși mai simpli nu a fost pe deplin demonstrată experimental. În 1975, Manfred Samper și Rudiger Lews din laboratorul lui Eigen au demonstrat că într-un amestec care nu conține deloc ARN, dar care conține doar nucleotide și Qβ replicază, ARN-ul auto-replicator poate apărea spontan în anumite condiții.

În 2009, un grup de oameni de știință de la Universitatea din Manchester condus de John Sutherland a reușit să demonstreze posibilitatea sintetizării uridinei și citidinei cu eficiență ridicată și gradul de fixare a rezultatului reacției (precum și posibilitatea acumulării produselor finite). ) în condiţiile Pământului timpuriu. În același timp, deși sinteza abiogenă a bazelor purinice a fost demonstrată de mult timp (în special, adenina este un pentamer al acidului cianhidric), glicozilarea lor prin riboză liberă a adenozinei și guanozinei s-a demonstrat până acum doar într-un mod ineficient. versiune.

evoluția ARN

Capacitatea moleculelor de ARN de a evolua a fost demonstrată în mod clar într-un număr de experimente. Chiar înainte de descoperirea activității catalitice a ARN-ului, astfel de experimente au fost efectuate de Leslie Orgel și colegii din California. Οʜᴎ a fost adăugat în eprubetă cu otravă de ARN - bromură de etidio, care inhibă sinteza ARN. La început, rata de sinteză a fost încetinită de otravă, dar după aproximativ nouă „generații de eprubete” de evoluție, o nouă rasă de ARN rezistent la otravă a fost dezvoltată prin selecție naturală. Prin dublarea succesivă a dozelor de otravă, s-a dezvoltat o rasă de ARN care a fost rezistentă la concentrații foarte mari ale acestuia. În total, 100 de generații de eprubete au fost înlocuite în experiment (și mult mai multe generații de ARN, deoarece generațiile au fost înlocuite în interiorul fiecărei eprubete). Deși în acest experiment ARN replicaza a fost adăugată soluției de către experimentatorii înșiși, Orgel a descoperit că ARN-urile sunt, de asemenea, capabile să se autocopieze spontan, fără adăugarea unei enzime, deși mult mai lent.

Un experiment suplimentar a fost efectuat ulterior în laboratorul școlii germane a lui Manfred Eugen. El a descoperit generarea spontană spontană a unei molecule de ARN într-o eprubetă cu un substrat și ARN replicază. A fost creată prin creșterea treptată a evoluției.

După descoperirea activității catalitice a ARN-ului (ribozime), evoluția lor într-un dispozitiv automat controlat de un computer a fost observată în experimentele lui Brian Pegel și Gerald Joyce de la Institutul de Cercetare Scripps din California în 2008. Factorul care a jucat rolul presiunii de selecție a fost substratul limitat, care includea oligonucleotide, pe care ribozima le-a recunoscut și atașat la sine, și nucleotide pentru sinteza ARN și ADN-ului. În timpul construcției copiilor, uneori au apărut defecte - mutații - care le afectează activitatea catalitică (pentru a accelera procesul, amestecul a fost mutat de mai multe ori folosind o reacție în lanț a polimerazei folosind polimeraze „imprecise”). Pe această bază, a avut loc selecția moleculelor: moleculele care copiau cel mai rapid au început rapid să domine mediul. Apoi 90% din amestec a fost îndepărtat și, în schimb, a fost adăugat un amestec proaspăt cu substratul și enzimele, iar ciclul a fost repetat din nou. Timp de 3 zile, activitatea catalitică a moleculelor din cauza unui total de 11 mutații a crescut de 90 de ori.

Aceste experimente demonstrează că primele molecule de ARN nu trebuiau să aibă proprietăți catalitice suficient de bune. Οʜᴎ s-a dezvoltat mai târziu în cursul evoluției sub influența selecției naturale.

În 2009, biochimiștii canadieni de la Universitatea din Montreal K. Bokov și S. Steinberg, după ce au studiat principalul constituent al ribozomului bacteriei Escherichia coli, molecula 23S-rARN, au arătat cum mecanismul sintezei proteinelor s-ar putea dezvolta de la relativ mic. și ribozime simple. Molecula a fost subdivizată în 60 de blocuri structurale relativ independente, dintre care principalul este centrul catalitic (centrul peptidil-transferazei, PTC, centrul peptidil-transferazei), care este responsabil de transpeptidare (formarea unei legături peptidice). Sa demonstrat că toate aceste blocuri pot fi detașate secvenţial din moleculă fără a distruge partea rămasă până când rămâne un singur centru de transpeptidă.
Postat pe ref.rf
În același timp, își păstrează capacitatea de a cataliza transpeptidarea. Dacă fiecare legătură dintre blocurile unei molecule este reprezentată ca o săgeată îndreptată de la blocul care nu se prăbușește la separare la blocul care se prăbușește, atunci astfel de săgeți nu formează un singur inel închis. Dacă direcția legăturilor ar fi aleatorie, probabilitatea acestui lucru ar fi mai mică de un miliard. În consecință, această natură a legăturilor reflectă secvența adăugării treptate a blocurilor în timpul evoluției moleculei, pe care cercetătorii au putut să o reconstruiască în detaliu. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, la originile vieții ar putea fi o ribozimă relativ simplă - centrul PTC al moleculei 23S-rARN, la care s-au adăugat apoi noi blocuri, îmbunătățind procesul de sinteză a proteinelor. PTC în sine este format din doi lobi simetrici, fiecare dintre care deține coada CCA a unei molecule de ARNt. Se presupune că această structură a apărut ca urmare a dublării (dublării) unui lob original. Prin metoda evoluției artificiale, funcțional S-au obținut ARN (ribozime) care pot cataliza transpeptidarea Structura acestor ribozime derivate artificial este foarte apropiată de structura protoribozomului, pe care autorii au „calculat-o”.

Proprietățile obiectelor lumii ARN

Există ipoteze diferite despre cum arătau sistemele ARN cu auto-replicare. Cel mai adesea, se postulează că este extrem de important ca membranele să agrege ARN sau plasarea ARN-ului pe suprafața mineralelor și în spațiul porilor rocilor libere. În anii 1990, A. B. Chetverin și colegii săi au demonstrat capacitatea ARN-ului de a forma colonii moleculare pe geluri și substraturi solide atunci când creează condiții pentru replicare. A existat un schimb liber de molecule, care, la ciocnire, puteau schimba regiuni, ceea ce a fost demonstrat experimental. Întregul set de colonii a evoluat rapid în legătură cu aceasta.

După debutul sintezei proteinelor, coloniile capabile să creeze enzime s-au dezvoltat cu mai mult succes. Coloniile au devenit și mai de succes, formând un mecanism mai fiabil de stocare a informațiilor în ADN și, în cele din urmă, separate de lumea exterioară printr-o membrană lipidică care împiedică dispersarea moleculelor lor.

Lumi pre-ARN

Biochimistul R. Shapiro critică ipoteza lumii ARN, considerând că probabilitatea apariției spontane a ARN cu proprietăți catalitice este foarte mică. În loc de ipoteza „la început a existat ARN”, el propune ipoteza „la început a existat metabolismul”, adică apariția unor complexe de reacții chimice - analogi ai ciclurilor metabolice - cu participarea compușilor cu molecul scăzut. care curge în interiorul compartimentelor - limitate spațial de membrane formate spontan sau de alte limite de fază - regiuni. Acest concept este apropiat de ipoteza coacervată a abiogenezei propusă de A.I. Oparin în 1924.

O altă ipoteză a sintezei abiogenului de ARN, menită să rezolve problema probabilității estimate scăzute a sintezei ARN, este ipoteza lumii hidrocarburilor poliaromatice, propusă în 2004 și care sugerează sinteza moleculelor de ARN pe baza unui stivă de inele poliaromatice.

De fapt, ambele ipoteze ale „lumilor pre-ARN” nu resping ipoteza lumii ARN, ci o modifică, postulând sinteza inițială de replicare a macromoleculelor de ARN în compartimentele metabolice primare, sau la suprafața asociaților, împingând „ARN-ul”. lume” până la a doua etapă a abiogenezei.

Academicianul RAS A.S.Spirin consideră că lumea ARN nu ar putea să apară și să existe pe Pământ și ia în considerare opțiunea originii și evoluției extraterestre (în primul rând pe comete) a lumii ARN.

S. GRIGOROVICH, candidat la științe biologice.

În primele zile ale istoriei sale, când omul a dobândit rațiunea și, odată cu aceasta, capacitatea de a gândi abstract, a devenit prizonierul unei nevoi irezistibile de a explica totul. De ce strălucesc soarele și luna? De ce curg râurile? Cum funcționează lumea? Desigur, una dintre cele mai importante a fost întrebarea despre esența viețuitoarelor. Diferența puternică dintre cei vii, în creștere, dintre cei morți, nemișcați, era prea vizibilă pentru a fi ignorată.

Primul virus, descris de D. Ivanovsky în 1892, este virusul mozaicului tutunului. Datorită acestei descoperiri, a devenit clar că există creaturi vii mai primitive decât celula.

Microbiologul rus D.I. Ivanovsky (1864-1920), fondatorul virologiei.

În 1924, A.I. Oparin (1894-1980) a sugerat că în atmosfera tânărului Pământ, care consta din hidrogen, metan, amoniac, dioxid de carbon și vapori de apă, ar putea fi sintetizați aminoacizi, care apoi s-au combinat spontan în proteine.

Biologul american Oswald Avery a demonstrat în mod convingător în experimente cu bacterii că acizii nucleici sunt responsabili de transmiterea proprietăților ereditare.

Structura comparativă a ARN-ului și ADN-ului.

Structura spațială bidimensională a unei ribozime a celui mai simplu organism Tetrahymena.

Reprezentarea schematică a ribozomului - mașina moleculară pentru sinteza proteinelor.

Diagrama procesului de evoluție in vitro (metoda selex).

Louis Pasteur (1822-1895) a fost primul care a descoperit că cristalele aceleiași substanțe - acidul tartric - pot avea două configurații spațiale simetrice în oglindă.

La începutul anilor 1950, Stanley Miller de la Universitatea din Chicago (SUA) a efectuat primul experiment care a simulat reacții chimice care ar putea avea loc pe un Pământ tânăr.

Moleculele chirale, cum ar fi aminoacizii, sunt simetrice în oglindă, precum mâna stângă și dreaptă. Termenul „chiralitate” în sine provine din cuvântul grecesc „chiros” - mână.

Teoria lumii ARN.

Știință și viață // Ilustrații

În fiecare etapă a istoriei, oamenii au oferit propria soluție la ghicitoria apariției vieții pe planeta noastră. Anticii, care nu cunoșteau cuvântul „știință”, au găsit o explicație simplă și accesibilă pentru necunoscut: „Tot ce este în jur a fost odată creat de cineva”. Așa au apărut zeii.

De la nașterea civilizațiilor antice în Egipt, China și apoi în leagănul științei moderne - Grecia, până în Evul Mediu, observațiile și opiniile „autorităților” au servit ca principală metodă de înțelegere a lumii. Observații constante au mărturisit fără echivoc că cei vii, în anumite condiții, iese din neînsuflețit: țânțarii și crocodilii din noroiul de mlaștină, muștele din mâncarea putrezită și șoarecii din lenjeria murdară stropită cu grâu. Este important doar să respectați o anumită temperatură și umiditate.

„Oamenii de știință” europeni din Evul Mediu, bazându-se pe dogma religioasă despre crearea lumii și incomprehensibilitatea intențiilor divine, au considerat că este posibil să argumenteze despre originea vieții doar în cadrul Bibliei și al scripturilor religioase. Esența a ceea ce a creat Dumnezeu este imposibil de înțeles, dar nu poți decât să „clarifici” folosind informații din textele sacre sau fiind sub influența inspirației divine. La acea vreme, era considerată o formă proastă a testa ipotezele, iar orice încercare de a pune sub semnul întrebării opinia sfintei biserici era considerată ca o chestiune neplăcută lui Dumnezeu, erezie și sacrilegiu.

Cunoașterea vieții marca timpul. Realizările filozofilor Greciei Antice au rămas vârful gândirii științifice timp de două mii de ani. Cei mai semnificativi dintre aceștia au fost Platon (428/427 - 347 î.Hr.) și elevul său Aristotel (384-322 î.Hr.). Platon, printre altele, a propus ideea de a anima materia inițial neînsuflețită datorită introducerii unui suflet imaterial nemuritor - „psihicul” în ea. Așa a apărut teoria generării spontane a viului din nevii.

Marele cuvânt „experiment” pentru știință a venit odată cu Renașterea. A fost nevoie de două mii de ani pentru ca o persoană să îndrăznească să se îndoiască de imuabilitatea declarațiilor autoritare ale oamenilor de știință antici. Unul dintre primii temerari cunoscuți de noi a fost medicul italian Francisco Redi (1626-1698). A făcut un experiment extrem de simplu, dar eficient: a pus o bucată de carne în mai multe vase, a acoperit unele dintre ele cu o cârpă groasă, altele cu tifon, iar altele le-a lăsat deschise. Faptul că larvele de muște s-au dezvoltat doar în vase deschise (pe care muștele puteau ateriza), dar nu și în cele închise (la care încă mai avea acces la aer), a contrazis puternic credințele susținătorilor lui Platon și Aristotel despre forța vitală de neînțeles. plutind în aer și transformând materia neînsuflețită în materie vie.

Acesta și experimente similare au marcat începutul unei perioade de bătălii aprige între două grupuri de oameni de știință: vitaliștii și mecanicii. Esența disputei a constat în întrebarea: „Poate funcționarea (și aspectul) viețuitoarelor să fie explicată prin legi fizice care sunt aplicabile și materiei neînsuflețite?” Vitaliștii au răspuns negativ. „Celula – numai din celulă, toate viețuitoarele – numai din vii!” Această poziție, propusă la mijlocul secolului al XIX-lea, a devenit steagul vitalismului. Cel mai paradoxal în această dispută este că nici astăzi, știind despre natura „neînsuflețită” a atomilor și moleculelor care alcătuiesc corpul nostru și fiind în general de acord cu punctul de vedere mecanicist, oamenii de știință nu au confirmarea experimentală a posibilității originii. a vieţii celulare din materie neînsufleţită. Nimeni nu a reușit încă să „compune” chiar și cea mai primitivă celulă din „detalii” „anorganice” care sunt prezente în afara organismelor vii. Aceasta înseamnă că punctul final în această dispută epocă încă nu a fost pus.

Deci, cum ar fi putut să apară viața pe Pământ? Împărtășind pozițiile mecanicilor, cel mai ușor este, desigur, să ne imaginăm că viața a trebuit mai întâi să apară într-o formă foarte simplă, primitivă. Dar, în ciuda simplității structurii, ar trebui să fie în continuare Viață, adică ceva care are un set minim de proprietăți care disting viața de neviu.

Care sunt acestea, aceste proprietăți esențiale pentru viață? Ce diferențiază, de fapt, viața de non-vie?

Până la sfârșitul secolului al XIX-lea, oamenii de știință erau convinși că toate viețuitoarele sunt construite din celule, iar aceasta este diferența cea mai evidentă dintre aceasta și materia neînsuflețită. Acest lucru a fost luat în considerare înainte de descoperirea virusurilor, care, deși mai mici decât toate celulele cunoscute, pot infecta în mod activ alte organisme, se pot multiplica în ele și pot produce descendenți cu aceleași (sau foarte asemănătoare) proprietăți biologice. Primul dintre virusurile detectate, virusul mozaicului tutunului, a fost descris de omul de știință rus Dmitri Ivanovsky (1864-1920) în 1892. De atunci, a devenit clar că creaturile mai primitive decât celulele pot revendica și ele dreptul de a fi numite Viață.

Descoperirea virușilor, și apoi a formelor și mai primitive de viețuitoare - viroizi, a făcut posibilă în cele din urmă formularea setului minim de proprietăți care sunt necesare și suficiente pentru ca obiectul studiat să poată fi numit viu. În primul rând, el trebuie să fie capabil să-și reproducă propriul soi. Aceasta, însă, nu este singura condiție. Dacă substanța primordială ipotetică a vieții (de exemplu, o celulă sau o moleculă primitivă) ar putea doar să-și producă copiile exacte, în cele din urmă nu ar putea supraviețui în condițiile de mediu în schimbare de pe Pământul tânăr și formarea altor, formele mai complexe (evoluţia) ar deveni imposibile. În consecință, presupusa noastră „substanță a vieții primordiale” primitivă poate fi definită ca ceva conceput cât se poate de simplu, dar în același timp capabil să-și schimbe și să-și transfere proprietățile descendenților.

În organismele vii, aproape toate procesele apar în principal datorită enzimelor de natură proteică. Proteinele, însă, nu se pot autoreplica și sunt sintetizate în celulă de novo pe baza informațiilor stocate în ADN. Dar duplicarea ADN-ului are loc și numai datorită participării proteinelor și ARN-ului. Se formează un cerc vicios, datorită căruia, în cadrul teoriei generării spontane a vieții, a fost necesar să se recunoască necesitatea nu numai pentru sinteza abiogenă a ambelor clase de molecule, ci și pentru apariția spontană a unui complex. sistem de interconectare a acestora, a cărui probabilitate este extrem de mică.

Astfel, ARN-ul ar putea exista complet autonom, catalizând reacții „metabolice”, de exemplu, sinteza de noi ribonucleotide și auto-reproducându-se, păstrând proprietățile catalitice de la „generație” la „generație”. Acumularea de mutații aleatoare a dus la apariția ARN-urilor care catalizează sinteza anumitor proteine, care sunt catalizatori mai eficienți și, prin urmare, aceste mutații au fost fixate în cursul selecției naturale. Pe de altă parte, au apărut depozite specializate de informații genetice - ADN-ul. ARN-ul a fost păstrat între ei ca intermediar.

Există ipoteze diferite despre cum arătau sistemele ARN cu auto-replicare. Cel mai adesea, se postulează că este nevoie de membrane de agregare a ARN sau de plasarea ARN pe suprafața mineralelor și în spațiul porilor rocilor neconsolidate. În anii 1990, A. B. Chetverin și colegii săi au demonstrat capacitatea ARN-ului de a forma colonii moleculare pe geluri și substraturi solide atunci când creează condiții pentru replicare. A existat un schimb liber de molecule, care, la ciocnire, puteau schimba regiuni, ceea ce a fost demonstrat experimental. Întregul set de colonii a evoluat rapid în legătură cu aceasta.

Biochimistul R. Shapiro critică ipoteza lumii ARN, considerând că probabilitatea apariției spontane a ARN cu proprietăți catalitice este foarte mică. În loc de ipoteza „la început a existat ARN”, el propune ipoteza „la început a existat metabolismul”, adică apariția unor complexe de reacții chimice - analogi ai ciclurilor metabolice - cu participarea compușilor cu greutate moleculară mică. care curge în interiorul compartimentelor - limitate spațial de membrane formate spontan sau de alte limite de fază - regiuni. Acest concept este apropiat de ipoteza coacervată a abiogenezei propusă de A.I. Oparin în 1924.